Бактерии производят больше веществ, чем предполагалось ранее
Бактерия Streptomyces chartreusis, продуцирующая антибиотики, выделяет в окружающую среду гораздо больше метаболитов, чем предполагалось на основе геномного анализа. Многие из этих веществ, вероятно, служат для взаимодействия с окружающей средой. Они также могут включать молекулы, представляющие интерес в качестве потенциальных фармацевтических агентов. Команда под руководством профессора Юлии Бандов и Кристофа Зенгса из исследовательской группы Прикладной микробиологии Рурского университета в Бохуме проанализировала широкий спектр метаболитов бактерии в различных условиях культивирования.
Результаты исследования, проведённого совместно с коллегами из Билефельда и Шарлоттауна (Канада), опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 20 февраля 2018 года.
Огромная способность к производству натуральных продуктов
Бактерии рода Streptomyces производят около 70% всех антибиотиков природного происхождения, используемых в клинической практике. Геном Streptomyces chartreusis содержит 128 генетических кластеров, предположительно ответственных за синтез натуральных продуктов. «Это значительное число, но количество обнаруженных нами секретируемых молекул превзошло ожидания», — отмечает Юлия Бандов.
Используя три питательные среды разного состава, команда идентифицировала 1044 вещества. В зависимости от условий окружающей среды Streptomyces синтезировал разные натуральные продукты — например, некоторые производились только в отсутствие железа.
Исследователи обнаружили восемь ранее неизвестных десферриоксаминов — молекул, критически важных для поглощения железа бактериями и используемых в терапии для лечения пациентов с передозировкой железа или алюминия. «Это демонстрирует потенциал обнаружения новых вариантов известных лекарств», — поясняет Юлия Бандов. Структуры большинства других веществ пока неизвестны. Учёные ожидают найти среди них совершенно новые классы соединений. «Основываясь на наших результатах, мы предполагаем, что многие аспекты бактериальной химии, включая химические структуры, фармакологический потенциал и экологическое значение, ещё предстоит раскрыть», — добавляет Бандов.
В исследовании команда показала, что один биосинтетический генный кластер способен производить целый спектр веществ, а не единичный продукт. «Скорее всего, это явление отражает адаптацию организма к различным условиям», — говорит Кристоф Зенгс.
Комбинация различных методов
Исследователи использовали высокоточную масс-спектрометрию, так называемую тандемную масс-спектрометрию, для сравнения состава сложных смесей натуральных продуктов, секретируемых в среду, и обнаружения отдельных компонентов, некоторые из которых присутствуют лишь в малых количествах. Этот же метод применялся для предсказания химических структур новых соединений. На основе предсказаний соединения отбирались для определения структуры методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР).